用饭盒大小的仪器在火星上制造氧气

由麻省理工学院领导的“火星氧气就地资源利用实验”(又名“Moxie”)自2021年2月以来一直成功地从这颗红色星球富含二氧化碳的大气中制造氧气，当时它作为美国宇航局“毅力”探测器任务的一部分在火星表面着陆。

到2021年底，MOXIE(见下图)能够在各种大气条件下进行7次实验，包括在白天和晚上，以及在不同的火星季节产生氧气。在每次运行中，仪器都达到了每小时生产6克氧气的目标——大致相当于地球上一棵普通树木的产量。

研究人员设想，在人类执行火星任务之前，可以将一个放大版的Moxie送往火星，以数百棵树的速度持续生产氧气。在这种能力下，该系统应能产生足够的氧气，既能在人类抵达后维持生命，也能为宇航员返回地球的火箭提供燃料。

“我们已经了解到大量信息，这将为未来更大规模的系统提供信息，”莫西号任务的首席研究员迈克尔·赫克特(Michael Hecht)说。

Moxie公司在火星上的氧气生产也代表了“就地资源利用”的首次展示，这是一种收集和使用星球上的物质(在这种情况下，火星上的二氧化碳)来制造资源(如氧气)的想法，否则必须从地球上运输。

Moxie副首席研究员杰弗里·霍夫曼说:“这是第一次真正利用另一个行星表面的资源，并将它们用化学方法转化为对人类任务有用的东西。”

当前版本的“莫克西”设计得很小，以适应“锲锲不舍”号探测车，并被设计为可以短时间运行，每次运行时启动和关闭取决于探测车的探索计划和任务职责。相比之下，一个完整的氧气工厂将包括更大的单元，理想情况下可以连续运行。

尽管在最初的设计中做出了必要的妥协，但该仪器已经证明它可以可靠而有效地将火星大气转化为纯氧。它首先通过过滤器将火星上的空气吸进来，过滤掉空气中的污染物。

然后，空气被加压并通过“固体氧化物电解槽”(“Soxe”)，这是一种由OxEon能源公司开发和制造的仪器，可以通过电化学方法将富含二氧化碳的空气分解为氧离子和一氧化碳。

然后，氧离子被分离和重组，形成可呼吸的分子氧(O2)， Moxie随后测量氧气的数量和纯度，然后将其与一氧化碳和其他大气气体一起无害地释放到空气中。

自2021年2月登陆火星以来，“莫西”号的工程师在整个火星年里启动了仪器7次，每次都要花几个小时预热，然后再花一个小时制造氧气，然后再关闭。

每次运行都被安排在不同的昼夜时间，以及不同的季节，以观察Moxie能否适应地球大气条件的变化。

霍夫曼指出:“火星的大气比地球的变化要大得多。”“空气的密度在一年中会有两倍的变化，温度会有100度的变化。我们的目标之一是展示我们可以在所有季节跑步。”

到目前为止，Moxie已经证明它可以在火星上的任何时间产生氧气。

赫克特说:“我们唯一没有证明的是在黎明或黄昏跑步，这两个时候的温度变化很大。”“我们确实有一张王牌可以让我们做到这一点，一旦我们在实验室进行测试，我们就可以达到最后一个里程碑，表明我们真的可以在任何时间跑步。”

随着Moxie继续在火星上大量生产氧气，工程师们计划提高它的产能，增加它的产量，特别是在火星之春，大气密度和二氧化碳水平都很高的时候。